假單胞菌Pseudomonas 隸屬g?變形菌綱。該屬成員眾多，據2015 年8 月原核生物名錄（list of prokaryoticnames with standing in nomenclature,LPSN）公布，該屬列出了 223 個種和 18 個亞種，仍有數 10 個種待確認。假單胞菌適生范圍廣，可代謝大量不同的環境底物，并產生多種多樣的次生代謝物[1].比較基因組學研究表明，假單胞菌屬菌株的基因組大小一般在6~7 Mbp,遠大于自然環境中其他常見的革蘭氏陰性細菌[2,3].
豐富的基因組 DNA 資源可能是該屬細菌廣泛適應各種環境條件的基礎。如銅綠假單胞菌 P. aeruginosa 可侵染哺乳動物，是臨床中常見的人類機會性病原菌；丁香假單胞 P. syringae 侵染多種植物，造成壞死性斑點病害。除此以外，還有大量假單胞菌存在于土壤、水體、動植物表面/內部營非寄生生活。這些假單胞菌在自然環境和生態平衡中起到重要的作用[4].其中，以熒光假單胞菌 P. fluorescens 為代表的一些菌株具有抑制植物病原微生物，減輕病原菌對植物造成危害的能力。部分菌株已商業化應用于農作物病害的生物防治[5].高效的生防假單胞菌往往具備一些共性特征，如能大量定殖于植物表面，尤其是病原菌的侵染位點；產生和分泌不利于病原菌的抗生素；誘導植物產生抗病性等[4].大量產生抗生素是假單胞生防菌的一個重要特點，而且抗生素的結構、作用機制、生物合成及調控等理論研究也較為深入，部分抗生素已在人類醫學和農用殺菌劑領域得到商業化應用。
1 假單胞菌抗生素的類型及抑菌機制
假單胞菌合成大量不同結構的抗生素，主要包括 2,4?二乙?；g苯三酚、吩嗪、硝吡咯菌素、根菌素、假單胞菌酸等（圖 1），以下介紹假單胞菌常見抗生素的類型和作用機制：
1.1 2,4-二乙?；g苯三酚
2,4?二乙?；g苯三酚（2,4?diacetylphloroglucinol,DAPG）（圖 1A）是聚酮類化合物，具有抗細菌、真菌、卵菌和線蟲等廣譜活性。這種抗生素主要由熒光假單胞菌產生，生物合成過程中同時產生間苯三酚（phloroglucinol,PG）和單乙?；g苯三酚（monoacetylphloroglucinol,MAPG）。此外，附生于蠑螈皮膚上的膠狀溶桿菌 Lysobacter gummosus 也可產生 DAPG[6].以產生 DAPG 作為主要機制的生防假單胞菌可有效防治小麥全蝕病 Gaeumannomyces graminis、煙草黑根腐病 Thielaviopsis basicola、甜菜根腐病 Pythiumultimum、番茄細菌性青枯病 Ralstonian solanacearum 等多種土傳病害[7-9].DAPG 的作用機制已有長期研究，它能破壞病原菌的質膜，抑制卵菌游動孢子的游動和菌絲生長[10],在高濃度下對植物也有毒性[11].近年來以釀酒酵母 Saccharomyces cerevisiae 為靶標進行了 DAPG 作用機制的遺傳學和生理學研究，發現 DAPG主要作用靶標是線粒體。它作為質子載體（proton ionophore），消除線粒體膜上的跨膜質子梯度，導致細胞呼吸與 ATP 的合成解偶聯，進而抑制細胞生長[12,13].
1.2 吩嗪
吩嗪（phenazine）（圖 1B）類抗生素是一類含氮雜環化合物，常呈黃色，除具有抗微生物活性外，還有抗腫瘤、抗寄生蟲等活性。哺乳動物病原假單胞菌和植物病害的生防假單胞菌都可產生吩嗪抗生素，分別在致病性和生防機制中發揮重要作用。吩嗪衍生物很多[14],例如綠針假單胞菌 P. chlororaphis 30?84可產生 3 種吩嗪類抗生素 phenazine?1?carboxylic acid（PCA）、2?hydroxy?phenazine?1?carboxylic acid（2OH?PCA）和 2?hydroxy?phenazine （2OHPZ）[15],另一個綠針假單胞菌株 PCL1391 可產生 PCA 和phenazine?1?carboxamide （ PCN ）[16].銅綠假單胞菌 P. aeruginosa 產生的綠膿菌素（pyocyanin,5?N?methyl?1?hydroxyphenazine,PYO）在細菌的毒性、電子傳遞、厭氧生存等方面起到重要作用，也是吩嗪衍生物[17].除假單胞菌外，伯克霍爾德氏菌 Burkholderia、歐文氏菌 Erwinia、泛菌 Pantoea、溶桿菌Lysobacter、鏈霉菌 Streptomycin 等屬的細菌也可產生。吩嗪類抗生素在生防假單胞菌防治鐮刀菌、腐霉菌等造成的植物土傳病害中起到重要作用[17].吩嗪類化合物抑菌的主要機制是產生活性氧（reactive oxygenspecies,ROS），其芳香環結構可作為電子的受體或供體，在病原菌或宿主組織中產生 ROS,對病原菌造成氧化脅迫[17].
1.3 硝吡咯菌素
硝吡咯菌素（pyrrolnitrin,Prn）（圖 1C）是含有吡咯環的化合物，20 世紀 60 年代于假單胞菌中分離得到[18].Prn 對多種子囊菌、擔子菌、半知菌類病原真菌都有強烈的抑菌作用，是假單胞菌防治核盤菌Sclerotinia sclerotiorum 引起的菌核病和絲核菌 Rhizoctonia solani 根腐病等病害的主要機制[19,20].Prn 是真菌呼吸作用電子傳遞鏈末端的抑制劑[21],有研究表明苯基吡咯類抗生素作用于蛋白激酶（PK?III），導致甘油大量合成，胞內滲透壓失調[22],在一些真菌中也表現為抑制真菌的滲透調節[23].這一抗生素在人類醫藥和農用殺菌劑領域都有商業化應用[24].
1.4 根菌素
根菌素（rhizoxin）（圖 1D）是 16 元大環內酯類抗生素，最早發現于引起水稻苗疫病的病菌小孢根霉 Rhizopus microsporus,后來研究發現根菌素并非根霉菌產生，而是共生于根霉細胞內的產素伯克霍爾德氏菌Bulkholderia rhizoxinica[25].假單胞菌Pf?5產生一系列根菌素衍生物，并對植物病原灰霉菌Botrytiscinerea 和疫霉菌 Phytophthora ramorum 有不同的抑制作用[26].假單胞菌株 Os17 產生的根菌素是防治真菌和卵菌病害的重要生防因子[27].根菌素作用于靶細胞的b微管蛋白，抑制有絲分裂紡錘體的形成，從而影響細胞分裂[28].根菌素不僅可以抑制真菌和細菌，還有抗腫瘤的活性，并對多種植物表現出一定的毒性[1].
1.5 假單胞菌酸
假單胞菌酸（pseudomonic acid）（圖 1E）是聚酮類化合物，最早分離自土壤中的熒光假單胞菌株[29],主要抑制革蘭氏陽性細菌，僅有少數陰性細菌和真菌對其敏感。假單胞菌酸作用于細菌異亮氨酰 tRNA 合成酶的 ATP 結合位點和相應的氨基酸結合位點，抑制異亮氨酰 tRNA 合成酶的功能，造成細菌蛋白合成受阻，導致生長變慢和細胞死亡[30].產生假單胞菌酸的細菌自身并不受到抗生素的抑制，主要原因是其自身的異亮氨酰 tRNA 合成酶結構域與敏感菌株不同，與假單胞菌酸的親和性很低[31].
1.6 其他假單胞菌抗生素
藤黃綠膿菌素（pyoluteorin,Plt）（圖 1F）含有氯化修飾的吡咯環，結構上屬于聚酮類化合物。Plt 是生防熒光假單胞菌和銅綠假單胞菌中常見的抗生素，對卵菌病害有明顯的防效[32].綠針假單胞菌PCL1606 能產生二烷基間苯二酚類抗生素 2?己基？5?丙基間苯二酚（2?hexyl?5?propyl resorcinol,HPR）（圖 1G），是防治鱷梨根腐病 Dematophora necatrix 的重要機制[33].假單胞菌株 AN5 產生大量的葡萄糖酸（圖 1H），葡糖糖酸對真菌病原有明顯的抑菌作用，并且是菌株 AN5 防治小麥全蝕病的主要生防機制[34];生防假單胞菌 CHA0 產生的葡糖糖酸可酸化菌株周圍環境，并有解磷功能[35].許多假單胞菌產生脂肽類抗生素，如 viscosin、viscosinamide、massetolide A 等，脂肽對于抑制卵菌病原菌和防治卵菌引起的病害起到重要作用[36,37].氫氰酸（hydrogen cyanide,HCN）是一種無色的氣態化合物，假單胞菌產生氫氰酸抑制病原菌細胞色素 c 氧化酶的活性，阻斷呼吸電子傳遞鏈[1];產生氫氰酸有助于生防假單胞菌防治土傳病害[38].
2 假單胞菌抗生素的生物學功能
除了作為抑菌物抑制和殺死其他（病原）微生物以外，假單胞菌產生的抗生素還具有多種生物學功能。尤其是在亞抑菌濃度以下，抗生素往往作為信號分子來調節基因表達、調控微生態結構和功能，以及誘導植物防衛反應等。
2.1 作為調控信號分子
吩嗪本身也可作為胞內的信號物質調控細菌的生理變化。銅綠假單胞菌 PA01 的轉錄組學研究發現，PYO 誘導 51 個基因的轉錄變化，其中包括 8 個外排泵上調表達，7 個與鐵吸收的基因下調表達[39].綠針假單胞菌也有近百個基因受到吩嗪的轉錄調控[17].假單胞菌 F113 在植物根圍產生的 DAPG 可作為信號分子作用于巴西固氮螺菌 Azospirillum brasilense,誘導固氮螺菌一系列與植物生長相關基因的表達，促進其在小麥根圍的定殖并產生更多的生長素，提高了固氮螺菌促進植物生長的能力[40].
